專利名稱：一種集成光子芯片的耦合方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成光電子器件技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及一種集成光子芯片的耦合方法。
背景技術(shù)：
集成光子芯片的耦合封裝問題是光子芯片實(shí)用化過程中的關(guān)鍵問題。目前，集成光子芯片的耦合工藝步驟比較復(fù)雜。集成光子芯片需要經(jīng)過切割、研磨、拋光步驟最終得到斜8°的光滑端面的集成光子芯片。研磨拋光加工作為集成光子芯片端面超平滑表面加工最有效的技術(shù)手段。研磨拋光是為了減小回波信號(hào)對(duì)光源和集成光子器件的影響，回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上。研磨拋光加工是工件隨行星輪做行星式轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，上下表面由下拋光盤施加壓 力，依靠拋光液中微小磨粒的劃擦作用而微細(xì)去除表面材料的一種精密加工方法。研磨拋光是的一整套加工工藝，需要從研磨拋光到測(cè)量測(cè)試一系列的精密儀器。研磨拋光時(shí)，要求保持夾具有較高精度和剛性，而且要求晶圓尺寸不能太大。如果晶圓的直徑達(dá)到400mm，那么對(duì)目前國內(nèi)的一些已經(jīng)投入生產(chǎn)的研磨拋光機(jī)提出了很大的挑戰(zhàn)，甚至的大型晶片國內(nèi)的很多企業(yè)都無能為力。隨著光子集成的發(fā)展，集成光子芯片的集成度也越來越高，而且集成光子芯片的尺寸也越來越小。由于集成光子芯片中的波導(dǎo)尺寸的變小，使得波導(dǎo)中的模斑尺寸小于Ium,而光纖中的模斑尺寸為8-10um。光從光纖進(jìn)入這種集成光子芯片的波導(dǎo)經(jīng)常會(huì)帶來很大的損耗。

發(fā)明內(nèi)容
技術(shù)問題本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是，提供一種集成光子芯片的耦合方法，該耦合方法過程簡單，并且能夠保證光信號(hào)高效的從光纖耦合進(jìn)入集成光子芯片中。技術(shù)方案為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案一種集成光子芯片的耦合方法，該耦合方法包括以下步驟步驟I):制作集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖通過平面加工工藝制得含有數(shù)百只以上集成光子芯片的晶圓，然后利用晶圓切割機(jī)正切割晶圓得到集成光子芯片，并且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um ;對(duì)普通單模光纖熔融拉錐后，對(duì)其出射端面進(jìn)行研磨和拋光，制得斜8°臺(tái)形光纖；步驟2):將步驟I制備的集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖分別放置在微調(diào)架上，通過調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得斜8°臺(tái)形光纖的出射端面和集成光子芯片的入射端面相對(duì)，并且集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間具有夾角；步驟3):光從斜8°臺(tái)形光纖的纖芯入射到集成光子芯片的芯層中；步驟4):集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)高效耦合。
有益效果與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)I.工藝更簡單。目前基于集成光子芯片研磨拋光時(shí)，要求保持夾具有較高精度和剛性，而且要求晶圓尺寸不能太大。本發(fā)明的集成光子芯片的耦合方法，晶圓在正切割過程后不需要研磨和拋光，從而省去了制備集成光子芯片的研磨和拋光工藝步驟，使得本發(fā)明中制備集成光子芯片的工藝更簡單， 同時(shí)節(jié)省了設(shè)備材料所需的成本。另外，本發(fā)明中，在制備集成光子芯片時(shí)，對(duì)晶圓尺寸沒有限制。2.實(shí)現(xiàn)高效耦合。本發(fā)明中，通過晶圓正切割得到具有高粗糙度的集成光子芯片端面，利用粗糙度高的特點(diǎn)可以有效的降低菲涅爾反射，同樣可以使得回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上。本發(fā)明利用熔融拉錐得到的斜8°臺(tái)形光纖和集成光子芯片端面成特定角度范圍的入射，可以降低回波，提高入射效率，從而可以實(shí)現(xiàn)兩者的高效耦合。


圖I是背景技術(shù)中斜8°單模光纖和集成光子芯片的耦合裝配示意圖。圖2是本發(fā)明中斜8°臺(tái)形光纖和集成光子芯片的耦合裝配示意圖。圖3是本發(fā)明實(shí)施例中提供的實(shí)驗(yàn)的測(cè)試結(jié)果線條圖。圖中有斜8°臺(tái)形光纖的包層I、斜8°臺(tái)形光纖的纖芯2、斜8°單模光纖的包層3、斜8°單模光纖的纖芯4、集成光子芯片的襯底5 ;集成光子芯片的緩沖層6、集成光子芯片的芯層7、集成光子芯片的覆蓋層8，其中，Θ為集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺(tái)形光纖軸線之間的夾角。
具體實(shí)施例方式為進(jìn)一步說明本發(fā)明的內(nèi)容及特點(diǎn)，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但本發(fā)明不僅限制于實(shí)施例。本發(fā)明中將使用到以下部件斜8°臺(tái)形光纖、集成光子芯片和斜8°單模光纖。其中，斜8°臺(tái)形光纖包括斜8°臺(tái)形光纖的纖芯2和斜8°臺(tái)形光纖的包層1，斜8°臺(tái)形光纖的包層I包覆在斜8°臺(tái)形光纖的纖芯2的外表面。斜8°臺(tái)形光纖是首先通過對(duì)普通單模光纖熔融拉錐得到普通錐形光纖，然后對(duì)普通錐形光纖端面通過研磨得到斜8°的端面，從而得到斜8°臺(tái)形光纖。集成光子芯片和斜8°單模光纖是現(xiàn)有的部件，已經(jīng)商用。集成光子芯片包括集成光子芯片的襯底5、集成光子芯片的緩沖層6、集成光子芯片的芯層7和集成光子芯片的覆蓋層8。斜8°單模光纖包括斜8°單模光纖的包層3和斜8°單模光纖的纖芯4。如圖2所示，本發(fā)明的一種集成光子芯片的耦合方法，包括以下步驟步驟I):制作集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖通過平面加工工藝制得含有數(shù)百只以上集成光子芯片的晶圓，然后利用晶圓切割機(jī)正切割晶圓得到集成光子芯片，并且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um ;對(duì)普通單模光纖熔融拉錐后，對(duì)其出射端面進(jìn)行研磨和拋光，制得斜8 °臺(tái)形光纖。在步驟I)中，集成光子芯片的入射端面的粗糙度優(yōu)選在O. 005um-0. 05um之間，例如 O. 005um、0. 008um、0. 01um、0. 02um、0. 035um 或者 0. 05um。步驟2):將步驟I制備的集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖分別放置在微調(diào)架上，通過調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得斜8°臺(tái)形光纖的出射端面和集成光子芯片的入射端面相對(duì)，并且集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間具有夾角。在步驟2)中，集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間的夾角優(yōu)選為1-10°，例如可以是1°、4°、8°或者10°。步驟3):光從斜8°臺(tái)形光纖的纖芯2入射到集成光子芯片的芯層7中。步驟4):集成光子芯片的出射端面與斜8 °單模光纖的入射端面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)，從而實(shí)現(xiàn)高效耦合。通過上述四個(gè)步驟，即可實(shí)現(xiàn)光信號(hào)從光纖耦合進(jìn)入集成光子芯片中。在步驟I)中，晶圓在正切割過程后不需要研磨和拋光，直接制得集成光子芯片。這樣，集成光子芯片的入射端面和出射端面均具有較大的粗糙度。本發(fā)明利用集成光子芯片端面粗糙度高的特點(diǎn)，通過將斜8°臺(tái)形光纖和集成光子芯片端面設(shè)置特定角度范圍的入射，可以實(shí)現(xiàn)兩者的高效耦合，并有效的降低菲涅爾反射，同樣可以使得回波損耗要求達(dá)到50dB甚至60dB以上。由于集成光子芯片不需要研磨和拋光，所以簡化了芯片耦合封裝的工藝步驟。下面，通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證利用本發(fā)明的方法，可以實(shí)現(xiàn)斜集成光子芯片的高效耦合。實(shí)驗(yàn)部件采用長度17. 5mm的硅基二氧化硅波導(dǎo)作為集成光子芯片，端面粗糙度為
O.Olum-O. 05um。斜8°臺(tái)形光纖、采用型號(hào)為安捷倫81910A的可調(diào)諧激光光源、斜8°單模光纖、Newport公司生產(chǎn)的型號(hào)為2935-C的光功率計(jì)。實(shí)驗(yàn)方法首先安裝設(shè)備將斜8°臺(tái)形光纖和可調(diào)諧激光光源相連接，斜8°臺(tái)形光纖出射端面和集成光子芯片的入射端面相對(duì)，集成光子芯片的出射端面斜8°單模光纖的入射端相對(duì)，將斜8°單模光纖的出射端和光功率計(jì)相連接。然后調(diào)節(jié)角度調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間夾角Θ。接著進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打開并調(diào)節(jié)可調(diào)諧激光光源，射出波長為1550nm的光；光從斜8°臺(tái)形光纖的纖芯2射入到集成光子芯片的芯層7中；光從集成光子芯片的芯層7中射入斜8°單模光纖中；光從斜8°單模光纖中射入光功率計(jì)中。最后，光功率計(jì)測(cè)試接收到的光功率。每次實(shí)驗(yàn)，夾角Θ依次為0°到10°之間的整數(shù)值。也就是說，總計(jì)進(jìn)行11次實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。圖3中，橫坐標(biāo)表示集成光子芯片的芯層7軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間夾角Θ，單位度；縱坐標(biāo)表示集成光子芯片的插入損耗，單位dB。從圖
3中可以看出:在夾角Θ在O。到10。之間時(shí)，小于O. 17dB，最小可以達(dá)到O. 12dB，均小于國標(biāo)YD/T 2000. 1-2009規(guī)定的插入損耗。由此可見本發(fā)明可以利用簡易的工藝實(shí)現(xiàn)高效的耦合。
權(quán)利要求
1.一種集成光子芯片的耦合方法，其特征在于，該耦合方法包括以下步驟 步驟I):制作集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖通過平面加工工藝制得含有數(shù)百只以上集成光子芯片的晶圓，然后利用晶圓切割機(jī)正切割晶圓得到集成光子芯片，并且集成光子芯片的入射端面和出射端面的粗糙度均小于等于O. 05um ;對(duì)普通單模光纖熔融拉錐后，對(duì)其出射端面進(jìn)行研磨和拋光，制得斜8°臺(tái)形光纖； 步驟2):將步驟I制備的集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖分別放置在微調(diào)架上，通過調(diào)節(jié)微調(diào)架，使得斜8°臺(tái)形光纖的出射端面和集成光子芯片的入射端面相對(duì)，并且集成光子芯片的芯層(7)軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間具有夾角； 步驟3):光從斜8°臺(tái)形光纖的纖芯(2)入射到集成光子芯片的芯層(7)中； 步驟4):集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)聞效I禹合。
2.按照權(quán)利要求I所述的集成光子芯片的耦合方法，其特征在于，所述的步驟I)中，集成光子芯片的入射端面的粗糙度在O. 005um-0. 05um之間。
3.按照權(quán)利要求I所述的集成光子芯片的耦合方法，其特征在于，所述的步驟2)中，集成光子芯片的芯層(7)軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間的夾角為1-10°。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種集成光子芯片的耦合方法，包括以下步驟步驟1)制作集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖通過平面加工工藝制得集成光子芯片的晶圓，然后正切割晶圓得到集成光子芯片；對(duì)普通單模光纖熔融拉錐后，對(duì)其出射端面進(jìn)行研磨和拋光，制得斜8°臺(tái)形光纖；步驟2)將集成光子芯片和斜8°臺(tái)形光纖分別放置在微調(diào)架上，使集成光子芯片的芯層軸線與斜8°臺(tái)形光纖的軸線之間具有夾角；步驟3)光從斜8°臺(tái)形光纖的纖芯入射到集成光子芯片的芯層中；步驟4)集成光子芯片的出射端面與斜8°單模光纖的入射端面進(jìn)行對(duì)準(zhǔn)調(diào)節(jié)從而實(shí)現(xiàn)高效耦合。該耦合方法過程簡單，并且能夠保證光信號(hào)高效的從光纖耦合進(jìn)入集成光子芯片中。
文檔編號(hào)G02B6/25GK102866459SQ20121029657
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2012年8月20日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月20日
發(fā)明者孫小菡, 蔣衛(wèi)鋒, 劉旭, 柏寧豐, 肖金標(biāo), 胥愛民, 魯仲明 申請(qǐng)人:東南大學(xué), 南京華脈科技有限公司